펌프 캐비테이션이란 무엇이며 이를 방지하는 방법

펌프에서 이상한 소리가 나거나 성능이 저하되는 것을 들어본 적이 있습니까? 이는 펌프 캐비테이션의 징후일 수 있습니다.

펌프 캐비테이션은 펌프 내에서 증기 기포가 형성되고 붕괴될 때 발생하여 손상을 일으키고 효율성을 저하시킵니다.

증기압이란 무엇입니까?

증기압은 주어진 온도에서 응축상과 열역학적 평형 상태에 있는 증기에 의해 가해지는 압력입니다. 액체의 경우 증발하는 경향을 나타냅니다. 증기압이 높을수록 물질의 휘발성이 더 높다는 의미입니다.

펌프 캐비테이션이란 무엇입니까?

펌프 캐비테이션은 유체의 압력이 증기압 이하로 떨어져 증기 기포가 형성될 때 발생하는 현상입니다. 이는 일반적으로 원심 펌프와 용적형 펌프에서 발생합니다. 이 거품이 더 높은 압력의 영역으로 이동하면 격렬하게 붕괴되어 충격파를 생성합니다.

펌프의 캐비테이션 유형

기화 캐비테이션

고전적 캐비테이션이라고도 알려진 기화 캐비테이션은 펌프 흡입구의 압력이 유체의 증기압 아래로 떨어질 때 발생합니다. 이로 인해 임펠러 눈 근처에 증기 기포가 형성됩니다. 이러한 기포가 더 높은 압력 영역으로 이동하면 격렬하게 붕괴되어 잠재적으로 임펠러를 손상시키고 펌프 효율을 감소시킵니다.

난류 캐비테이션

난류 캐비테이션은 펌프 흡입구의 흐름 교란으로 인해 발생합니다. 급격한 굽힘, 장애물 또는 부적절한 배관 구성으로 인해 증기 기포가 형성되는 소용돌이 및 저압 영역이 생성될 수 있습니다. 이러한 유형의 캐비테이션은 종종 펌프 흡입구 근처에서 발생하며 임펠러 앞쪽 가장자리의 침식을 일으킬 수 있습니다.

베인 증후군 캐비테이션

베인증후군 캐비테이션은 임펠러의 외경과 펌프 케이싱의 절단수 사이의 간격이 너무 작을 때 발생합니다. 이 좁은 틈은 유체 흐름을 가속화하여 캐비테이션 기포가 형성되는 저압 영역을 만듭니다. 이는 일반적으로 임펠러의 블레이드 팁과 배출 영역 근처의 펌프 케이싱에 영향을 미칩니다.

내부 재순환 캐비테이션

내부 재순환 캐비테이션은 펌프가 최고 효율 지점에서 멀리 떨어진 낮은 유속으로 작동할 때 발생합니다. 유체는 펌프 내에서 재순환하여 캐비테이션 기포가 형성되는 저압 영역을 생성합니다. 이러한 유형은 특히 임펠러 후면 덮개와 케이싱 사이의 영역에서 임펠러와 펌프 케이싱을 모두 손상시킬 수 있습니다.

공기 흡인 캐비테이션

공기 흡입 캐비테이션은 펌프 시스템에 공기가 유입되면서 발생합니다. 이는 흡입 배관의 누출, 부적절한 밀봉 또는 흡입 용기의 소용돌이로 인해 발생할 수 있습니다. 연행된 공기는 펌프 내에서 더 높은 압력을 받을 때 붕괴되는 거품을 형성하여 다른 유형의 캐비테이션과 유사한 손상을 유발합니다.

펌프 캐비테이션의 일반적인 원인

불충분한 순 포지티브 흡입 헤드 사용 가능(NPSHa)

불충분한 NPSHa는 펌프 캐비테이션의 주요 원인입니다. 사용 가능한 흡입 헤드가 필요한 수준 아래로 떨어지면 액체에 증기 기포가 형성됩니다. 이러한 기포는 더 높은 압력 영역으로 들어가면서 붕괴되어 펌프 임펠러와 기타 구성 요소가 손상됩니다.

흡입 라인 문제

흡입 라인의 막힘, 제한 또는 과도한 마찰 손실로 인해 캐비테이션이 발생할 수 있습니다. 이러한 문제는 펌프 입구의 압력을 감소시켜 잠재적으로 액체의 증기압 아래로 떨어집니다.

휘발성 액체 및 증기압

증기압 근처에서 휘발성 액체를 펌핑하면 캐비테이션 위험이 높아집니다. 액체가 증기압에 가까워질수록 기포 형성이 더 쉽게 발생합니다.

BEP(최고 효율점) 운영

BEP 흐름에서 너무 멀리 떨어진 원심 펌프를 작동하면 캐비테이션이 발생할 수 있습니다. 이는 펌프가 설계된 것보다 훨씬 높거나 낮은 유량으로 작동할 때 종종 발생합니다.

연행된 공기 또는 가스

펌핑된 유체에 혼입된 공기나 가스가 있으면 캐비테이션과 같은 효과가 발생할 수 있습니다. 이러한 기포는 붕괴되어 증기 기포 파열과 유사한 손상을 일으킬 수 있습니다.

펌프 캐비테이션의 징후

펌프 구성 요소의 물리적 손상

캐비테이션은 펌프 구성 요소의 심각한 침식을 유발합니다. 임펠러는 종종 구멍이 나고 재료 손실이 발생하여 실제 사용 수명을 넘어서 마모된 것처럼 보입니다. 펌프 하우징과 씰에는 증기 기포 붕괴로 인해 생성되는 강렬한 충격파로 인해 손상 징후가 나타날 수도 있습니다.

비정상적인 소음 및 진동

과도한 소음과 진동은 캐비테이션의 명백한 징후입니다. 소리는 펌프를 통해 순환하는 자갈이나 대리석과 유사합니다. 진동 수준이 크게 증가하여 잠재적으로 정렬 불량 및 추가적인 기계적 문제가 발생할 수 있습니다.

토출 압력 및 유량 감소

토출 압력과 유량의 급격한 감소는 캐비테이션을 나타냅니다. 유체에 증기 기포가 있으면 펌프의 효율성이 감소하여 성능이 저하됩니다. 이 효과는 원심 펌프에서 특히 두드러집니다.

잦은 씰 및 베어링 고장

캐비테이션은 씰과 베어링의 마모를 가속화합니다. 강렬한 충격파와 진동으로 인해 이러한 구성 요소가 조기에 파손될 수 있습니다.

불안정한 전력 소비

불규칙한 전력 소비는 캐비테이션의 또 다른 지표입니다. 펌프가 성능을 유지하기 위해 노력함에 따라 모터 전류와 전력 소모량이 변동합니다. 이러한 불안정성은 에너지 사용량 증가와 잠재적인 모터 손상을 초래할 수 있습니다.

펌프 캐비테이션을 방지하는 방법

충분한 NPSHA 마진을 갖춘 적절한 펌프 선택

• 펌프에 필요한 NPSH보다 높은 NPSHA(Net Positive Suction Head Available) 여유가 있는지 확인하십시오.
• 의도한 적용 범위 내에서 효율적으로 작동하는 펌프를 선택하려면 펌프 제조업체의 성능 곡선 및 지침을 참조하십시오.
• 선택할 때 유량, 헤드 압력 및 유체 특성과 같은 요소를 고려하십시오.

시스템 설계 최적화

• 유체 속도와 압력 강하를 줄이려면 흡입 파이프 직경을 늘리십시오.
• 마찰 손실을 줄이기 위해 흡입 라인의 피팅과 밸브를 최소화합니다.
• 증기를 가둘 수 있는 배관의 높은 지점을 제거하십시오.
• 소용돌이와 공기 혼입을 방지하려면 흡입 소스가 적절하게 잠겨 있는지 확인하십시오.
• 점진적인 전환과 원활한 흐름 경로를 갖춘 적절한 배관 설계는 층류와 균일한 압력 분포를 유지하는 데 도움이 됩니다.

BEP에 가까운 펌프 작동

• 최고 효율점(BEP) 근처와 제조업체가 지정한 허용 작동 범위 내에서 원심 펌프를 작동하십시오.
• 펌프 곡선에서 너무 오른쪽으로 작동하지 마십시오. 그러면 필요한 NPSH가 증가할 수 있습니다.
• 최적의 효율성을 유지하면서 펌프 출력을 시스템 요구에 맞추려면 적절한 경우 가변 속도 드라이브를 사용하십시오.

충분한 흡입 압력과 낮은 액체 온도 유지

• 적절한 안전 여유를 두고 흡입 압력을 유체의 증기압보다 높게 유지하십시오.
• 필요한 경우 부스터 펌프를 사용하거나 흡입 소스를 높이는 것을 고려하십시오.
• 온도가 높을수록 증기압과 캐비테이션 위험이 증가하므로 액체 온도를 제어하십시오.
• 적절한 침수를 보장하고 흡입 용기의 액체 수위를 일정하게 유지하십시오.

동반 공기 제어 및 적절한 환기

• 갇힌 공기를 제거하려면 시스템의 높은 지점에 공기 배출 밸브를 설치하십시오.
• 공기 축적을 방지하기 위해 환기 시스템을 적절하게 설계하고 유지관리하십시오.
• 국부적인 압력 강하를 일으킬 수 있는 잔해물을 제거하려면 여과기나 필터를 사용하십시오.
• 특히 펌프의 흡입측에서 공기 유입을 방지하기 위해 단단히 밀봉하고 연결했는지 확인하십시오.

정기적인 모니터링 및 유지보수

• 펌프 및 흡입측 구성품에 대한 정기 검사 및 유지 관리 프로그램을 구현합니다.
• 소음, 진동 또는 불규칙한 전력 소비와 같은 캐비테이션 징후를 모니터링합니다.
• 필터, 여과기, 밸브를 정기적으로 점검하고 청소하십시오.
• 주기적인 유량 및 압력 테스트를 수행하여 펌프 성능을 확인하십시오.

자주 묻는 질문

펌프가 공동화할 때 어떤 소리가 나나요?

캐비테이션 펌프는 크고 독특한 소음을 발생시킵니다. 종종 시스템을 순환하는 자갈이나 대리석처럼 들립니다. 소음은 으르렁거리거나 우르릉거리는 소리 또는 자갈처럼 들리는 것으로 묘사됩니다. 이 소리는 증기 기포의 급속한 형성과 붕괴로 인해 발생합니다.

저유량으로 인한 펌프 캐비테이션이란 무엇입니까?

펌프에 액체가 충분하지 않으면 저유량 캐비테이션이 발생합니다. 이는 펌프 흡입구의 압력이 낮거나 진공 상태가 높기 때문에 발생합니다. 이로 인해 펌프가 "고갈"되어 임펠러 눈 근처에 기포가 형성됩니다. 이러한 기포는 파열되어 시간이 지남에 따라 임펠러를 손상시킵니다.

결론적으로

펌프 캐비테이션은 장비를 손상시키고 효율성을 저하시킬 수 있는 심각한 문제입니다. 펌프 성능을 유지하려면 원인을 이해하고 증상을 인식하고 예방 조치를 취하는 것이 중요합니다.

캐비테이션을 방지하려면 정기적인 유지 관리, 적절한 펌프 선택, 시스템 설계 최적화가 핵심입니다. 전문가의 도움이 필요하면 펌프 전문가에게 문의하여 최적의 시스템 성능을 보장하십시오.